从沙子到智能：张朝阳对话刘若微 解码无序世界与AI认知边界

　　8月12日，搜狐视频《张朝阳的物理课》“基础科学大会系列对谈”开讲。搜狐创始人、物理学博士张朝阳与宾夕法尼亚大学物理教授、软物质与生命物质研究中心主任刘若微（AndreaJ.Liu），以“复杂的世界：从沙子到智能”为主题展开深度对话。

　　作为非平衡统计物理领域的标杆学者，刘若微凭借阻塞相变与无序固体领域的开创性成果，先后获2025年美国物理学会LeoP.Kadanoff奖、2026年国际基础科学大会玛丽・居里物理学奖章。

　　这是《张朝阳的物理课》连续第三年推出科学家对话系列。此前张朝阳已与戴维・格罗斯、徐一鸿、汤大卫等顶尖物理学家对谈，覆盖量子引力、弦理论等前沿方向。本次对话从沙堆、泡沫等日常现象切入，逐步延伸至类脑智能材料、复杂系统涌现、AI认知边界等跨领域议题。

　　软物质相变：无序堆叠里的固体刚性

　　固、液、气是大众熟知的物质三态，而软物质往往展现出介于三者之间的奇特性质。刘若微以剃须泡沫为例：其成分约95%为气体，单个气泡毫无硬度，但大量气泡挤压堆叠后，却能保持固定形状，呈现出类似固体的刚性。张朝阳将其类比为建筑横梁结构——单个构件承载力有限，相互支撑后便可形成稳固整体。

　　为提炼底层物理规律，研究者将颗粒抽象为相互作用的小球：分离时无相互作用，挤压时产生排斥力。刘若微介绍，当小球体积分数接近64%时，体系会发生“阻塞相变”，从可流动状态突变为具有剪切刚性的固体。与水结冰形成规整晶体不同，阻塞相变无需粒子有序排列，仅靠无序拥挤就能实现“硬化”。这套无序固体理论，是理解沙粒、泡沫、玻璃等材料特性的重要基础。

　　类脑材料网络：物理约束下的低功耗计算

　　蛋白质变构调控现象启发了刘若微的新探索：小分子在蛋白质局部结合，可引发远端结构与功能改变。以此为思路，她的团队设计出弹簧网络、流管网络、电阻网络等可调材料系统——仅调整局部单元，就能改变整个网络的宏观力学、电学性质，甚至实现负泊松比等特殊效果。

　　如何精准调整单元以达成目标性质？刘若微发现，这一过程与神经网络训练相似却更高效：传统AI训练需要全局运算调整权重，算力消耗巨大；而材料网络天然遵循物理规律——弹簧网络满足力平衡、流管网络满足流量守恒、电阻网络满足基尔霍夫定律，仅靠局部状态迭代，就能让整体性质逐步逼近目标。

　　张朝阳认为，这种“局域规则”与人脑运行逻辑高度契合：单个神经元无法感知全脑状态，仅通过邻近信号传递就能完成复杂认知，使人脑仅需20瓦左右功率便可处理海量信息。依托物理系统本身实现“计算”，为低功耗类脑智能开辟了全新研究路径。

　　规模涌现：当数量增长触发能力质变

　　当前实验中的可调材料网络规模有限，而智能的能力往往随规模扩张涌现。对话中，一个更本质的问题被提出：为何多数系统规模扩大仅带来体量增长，而大脑、神经网络、生命系统却能随规模提升产生质的飞跃？

　　刘若微以水为例解释：一滴雨水与整片海洋尺度悬殊，却可用同一套流体方程描述，仅靠温度、压力等少数宏观量就能刻画整体行为，“更多”不会催生新属性。但生命与智能系统截然不同——小型神经网络只能完成简单任务，规模扩张后可涌现复杂能力；单个细胞经发育分化，能形成器官与大脑，演化出复杂生命功能。她将这种规律总结为“manymoreismoredifferent”：数量的积累，可能触发系统能力的质变。

　　在刘若微看来，这背后或许蕴藏着一种新的凝聚态物理，其不仅与AI、神经科学相关，更有望为理解生命发育等生物现象提供新视角。张朝阳同样认为，厘清简单单元靠局部相互作用、随规模扩大涌现复杂功能的机制，是从物理角度探索生命与智能起源的关键路径。

　　AI的边界：答案易得，好问题难求

　　互动环节中，AI与人类认知的边界成为关注焦点。张朝阳坦言，AI给出答案后，人们必须留出同等时间独立思考，否则大脑能力会退化。面对前沿且存疑的科学问题，不能直接采信AI结论，而要主动比对不同观点，保持批判性思维。

　　刘若微从科研本质出发判断：AI擅长输出答案，即便答案未必始终正确；但物理学最核心的能力是提出问题，越是新颖独特的问题，越有学术价值。她强调，大语言模型与人脑在数据输入、学习方式、物理基础上存在根本差异，AI会承担大量差异化工作，但绝不会简单取代人类。

　　针对青年学者成长，刘若微给出务实的方向选择标准：以“能接受哪种出错方式”判断适配领域——无法忍受实验设备故障，或不适合实验研究；难以接受反复调试程序，或不适合计算研究；愿意耗费大量时间核对推导细节，则更适配理论研究。她同时强调，基础科学与应用研究并无高下之分，找到真正激发热情的问题才是核心。

　　谈及学术文化，刘若微认为，当前物理学界存在过度竞争的倾向，部分学术讨论演变为“比谁更聪明”的竞赛，易让年轻人产生自我怀疑。“物理本身非常难，所有人都会觉得自己很笨。”她坦言，即便资深学者也常有认知盲区，真正重要的是接纳无知、保持好奇、大胆提问。

　　张朝阳以“业余者的优势”呼应：脱离考核压力后，纯粹的好奇心反而能驱动更深入的探索，看似简单的问题，往往可能孕育新突破。二人共同呼吁，健康的学术生态需要包容的环境，允许不成熟的问题存在，摆脱“聪明竞赛”的氛围，才能真正保护好奇心，滋养科学创新。（战钊）